Литье под давлением ABS: Исчерпывающее руководство 

Литье под давлением ABS обладает хорошей ударопрочностью и гладкой поверхностью и является предпочтительным методом производства пластиковых деталей высокого качества во многих отраслях промышленности. Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) - это термопласт, который очень часто используется в литье под давлением благодаря своей прочности, долговечности и простоте обработки. Литье ABS-пластика под давлением экономически эффективно и надежно для производства больших количеств продукции для массового производства, включая автомобильные компоненты, бытовую электронику и медицинские приборы. Базовые пластмассы, такие как ABS, состоят из акрилонитрила для химической стойкости, бутадиена для прочности и стирола для жесткости и глянцевого внешнего вида, что делает их отличными для литья. Этому способствует и высокая температура плавления (от 200 до 250°C), и отличная обрабатываемость, и умеренная термостойкость. Однако, как и у любого другого материала, у формования из ABS есть свои плюсы и минусы: чувствительность к ультрафиолету, умеренная термостойкость и т.д.

Для производства бездефектных изделий методом литья ABS-пластика необходимо тщательно учитывать все факторы, связанные с охлаждением высушенного материала, контролем температуры, толщиной стенок, давлением впрыска, а также конструкцией пресс-формы. Кроме ABS, производители используют и другие пластики: полипропилен (PP), поликарбонат (PC), полиэтилен (PE), полиамид (Nylon) и PET, каждый из которых имеет свои преимущества. Выбор ABS или альтернативного материала зависит от понимания свойств данного материала.

В этой статье подробно рассказывается об основных особенностях литья под давлением ABS, о том, как обрабатывается его химический состав, о его преимуществах и недостатках, а также о сравнении с другими пластиками. В конце статьи читатель получит подробные сведения о том, почему ABS по-прежнему остается наиболее предпочтительным материалом в современном производстве.  

Что такое литье под давлением ABS? 

Процесс литья под давлением ABS помогает производить прочные, легкие и ударопрочные пластиковые детали из акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS). ABS-пластик нагревается до расплавления, затем впрыскивается в форму, охлаждается и застывает в нужной форме. Он хорошо известен своей прочностью, термостойкостью и легкостью формовки и используется в автомобильных компонентах, электронике, игрушках и бытовой технике. Это метод, который позволяет наладить массовое производство с неизменным качеством, обеспечивая доступное и универсальное решение для многих отраслей. Кроме того, для улучшения эстетики и функциональности можно использовать полированные, текстурированные или цветные детали из ABS.

Химическая структура и состав ABS  

В состав ABS входят:

• Акрилонитрил (C₃H₃N) - Обеспечивает химическую стойкость и термостойкость.
• Бутадиен (C₄H₆) - повышает вязкость и ударопрочность.
• Стирол (C₈H₈) - Обеспечивает жесткость и глянцевую поверхность.

Молекулярная структура

ABS - это молекулярная структура, основу которой составляет длинная полимерная цепочка, заполненная частицами бутадиенового каучука в акрилонитрил-стирольной матрице. Сочетание этих двух характеристик позволяет использовать ABS-пластик для литья. 

Химические свойства АБС-пластика 

Некоторые из наиболее важных химических свойств ABS делают его популярным материалом для литья под давлением.

• Легко обрабатывается, температура плавления составляет около 200-250 C.
• Он легкий и в то же время прочный, его плотность составляет 1,04-1,07 г/см³.
• К кислотам, щелочам и маслам устойчив, но органические растворители, такие как ацетон, влияют на него.
• Температуры: Термостойкость до 80-100°C, однако длительное воздействие высокой температуры приводит к разрушению материала. 

Природа и физические характеристики литья ABS 

ABS не является термопластом с высокой температурой плавления, как большинство других пластмасс (то есть он аморфный), но его можно расплавить. Вместо этого он размягчается в диапазоне температур и отлично подходит для литья. Основные физические характеристики включают: 

• Высокая ударная прочность - выдерживает резкие удары и нагрузки.
• Хорошая стабильность размеров - сохраняет форму при различных условиях.
• Глянцевая и гладкая отделка - обеспечивает эстетическую привлекательность потребительских товаров.
• Их можно обрабатывать и формовать с высокой точностью, а также легко резать и сверлить.
  

Процесс литья под давлением ABS-пластика 

Ниже перечислены этапы процесса литья ABS-пластика под давлением. 

• Сушка материала - гранулы ABS высушиваются для удаления влаги.
• Нагрев до 200-250°C и подача под высоким давлением в форму (плавление и впрыск).
• Охлаждение и застывание - пластик остывает в форме, где он принимает форму формы.
• Выталкивание и отделка - затвердевший продукт выталкивается, обрезается, окрашивается или покрывается лаком. 

Области применения ABS-формования  

Благодаря универсальности ABS широко используется во всех видах промышленности.

• Приборные панели, бамперы и внутренняя отделка составляют автомобильную промышленность.
• Корпуса для ноутбуков, клавиатуры, чехлы для телефонов и т.д.
• Бытовые товары: Кухонная техника, пылесосы и игрушки (например, кирпичики LEGO).
• Медицинское оборудование: Хирургические инструменты и корпуса для диагностических приборов. 
  

Преимущества и недостатки литья под давлением ABS 

Преимущества 

• ABS-пластик (расшифровывается как акрилонитрил-бутадиен-стирол) обладает высокой ударопрочностью, то есть он прочен и устойчив к ударам, а значит, используется для изготовления прочных изделий.
•  Он легко поддается формовке, резке, сверлению и обработке - отличная обрабатываемость.
• Хорошая химическая и термическая стойкость - кислоты, щелочи и умеренный нагрев не оказывают на них такого воздействия, как на менее прочные чугунные отливки.
• Гладкая поверхность - позволяет получать глянцевые, эстетичные детали, подходящие для потребительских товаров.
• Благодаря более низкой стоимости по сравнению с большинством инженерных пластмасс, ABS является экономически эффективным.
• Прочный, но легкий - отличный материал для применения в тех областях, где требуется прочность без увеличения массы.
•  Биоразлагаемый - ABS является перерабатываемым пластиковым материалом, который может быть переработан, так как он экологически чист по своей природе.

Недостатки 

• Длительное воздействие солнечных лучей приводит к пожелтению и ломкости.
•  Легко воспламеняется - если не содержит огнезащитных добавок, легко горит.
• Детали из ABS склонны к деформации - при неправильном охлаждении они могут сжиматься или деформироваться.
• Низкая погодоустойчивость - подвержены разрушению в экстремальных внешних условиях.
• ABS чувствителен к химическим веществам, поэтому такие растворители, как ацетон, растворяют его.
• Умеренная термостойкость - плавится при высоких температурах (100°C), поэтому не подходит для использования в очень жарких помещениях.

Производство литья под давлением ABS включает в себя множество ключевых факторов. 

Для производства литых под давлением деталей из ABS-пластика необходимо учитывать множество переменных и действовать правильным образом, чтобы добиться высокого качества, прочности и доступности продукции. Ниже перечислены факторы, на которых следует сосредоточиться:

Выбор материала

• Чтобы добиться необходимой прочности, термостойкости и качества поверхности, используйте высококачественную ABS-смолу. 
• Однако в зависимости от требований к применению, таких как устойчивость к ультрафиолетовому излучению, огнестойкость или ударная прочность, можно выбрать конкретные марки ABS.

Предварительная обработка сухой АБС-смолы

Впитывают влагу, поэтому гигроскопичны и должны быть правильно высушены, иначе могут возникнуть такие дефекты, как пузырьки и дефекты поверхности.

Процесс сушки

• Гранулы АБС желательно высушить при температуре 80-90°C в течение 2-4 часов при подготовке к формованию.
• Гидролиз ослабляет механические свойства и приводит к нестабильным результатам формования; его можно предотвратить путем правильной сушки.

 Контроль температуры

• Оптимальное течение и заполнение формы происходит при температуре плавления 200-250°C.
• 50 - 80°C Температура формы для предотвращения коробления, неравномерной усадки и дефектов.

Скорость охлаждения должна быть медленной и равномерной, чтобы повысить точность размеров и механическую прочность.

 Равномерная толщина стенок при проектировании деталей из ABS-пластика

Почему это важно? 

• Если толщина стенок не совпадает, это приводит к короблению, раковинам, напряжению в материале и накоплению материала.
• Нестабильность размеров готовых деталей может быть вызвана неравномерным охлаждением.

Рекомендации по проектированию

• Наилучшие результаты достигаются при строго постоянной толщине от 1,2 до 3,5 мм.
• Постепенный переход от раздела к разделу предотвратит появление точек напряжения или слабых мест.
• Используйте скругления вместо острых углов, так как они выравнивают нагрузку.

Давление и скорость впрыска

Однако оптимальное давление должно быть установлено в диапазоне 50-150 МПа, чтобы обеспечить полное и бездефектное заполнение формы.

Контролируемая скорость

• Далее следуют следы от ожогов, повышенное внутреннее напряжение и разрушение материала из-за слишком быстрого →.
• Ошибки → короткие выстрелы (неполное заполнение), линии шва и отсутствие адгезии.

Правильная настройка давления и скорости позволяет улучшить качество поверхности, прочность и точность формованных деталей.

Проектирование и вентиляция плесени

Это гарантирует отсутствие воздушных пробок, прожогов и дефектов, вызванных задержанными газами.

• Размещение затворов должно быть оптимизировано для плавного и ненапряженного потока материала.
• Снижение риска появления потеков и поверхностных дефектов обусловлено гладкой и однородной поверхностью пресс-формы.
• Если инструмент представляет собой многогнездную пресс-форму, заполнение и охлаждение должны быть сбалансированы для равномерного заполнения и охлаждения полостей.

 Усадка и деформация

• Пожалуй, самым важным моментом при разработке пресс-форм для ABS является высокая скорость усадки - 0,4-0,7%, поэтому необходимо учитывать изменения размеров после охлаждения.
• Очень важно постепенное охлаждение, чтобы избежать искажения размеров или деформации детали.
• Арматурные конструкции, такие как ребра жесткости и прокладки, являются правильными, если они помогают сохранить форму и стабильность.

 Постобработка и отделка

• Детали из ABS могут быть окрашены, покрыты лаком, отполированы или подвергнуты лазерной гравировке для улучшения внешнего вида.
• Этот этап заключается в обеспечении гладкости краев и удалении лишнего материала путем обрезки, шлифовки и удаления заусенцев.
• Хромирование или УФ-покрытие поверхности делает решение долговечным и устойчивым к воздействию внешних факторов.
  

Свойства материала ABS 

Общие характеристики ABS пластика

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) - это нетоксичный термопласт без запаха, который обычно выглядит как гранулы или порошок цвета слоновой кости, полупрозрачный или прозрачный. Плотность, которая колеблется от 1,05 до 1,18 г/см³, позволяет ему быть легким, но прочным. Как и у ABS, скорость усадки составляет от 0,4% до 0,9% и обеспечивает хорошую стабильность размеров формованных деталей. Модуль упругости составляет 2 ГПа, а коэффициент Пуассона - 0,394, то есть он не слишком слабый и не слишком жесткий. Он поглощает менее 1% влаги, его температура плавления составляет от 217°C до 237°C, а термическое разложение начинается при температуре выше 250°C.

Механическая прочность АБС-пластика 

АБС широко известен благодаря очень высокой ударной вязкости и отличной прочности при низких температурах. Он хорошо сопротивляется износу, поэтому подходит для деталей, требующих постоянного движения или трения. Этот пластик обеспечивает стабильность размеров формованной детали, благодаря чему она сохраняет свою форму. Кроме того, ABS обладает умеренной маслостойкостью, поэтому является приемлемой альтернативой для подшипников с низкой скоростью вращения и средней нагрузкой.

Термостойкость и термическая стабильность

Температура теплового отклонения (ТТО) ABS находится в диапазоне от 93 до 118 °C, что указывает на сохранение его структуры при умеренном нагреве. Однако при отжиге его термостойкость может повыситься примерно на 10°C, что повысит его применимость в более требовательных к тепловым характеристикам приложениях.

Возможности электроизоляции

АБС-пластик является отличным электроизолятором, поэтому его выбирают в качестве материала для корпусов электроники и электрических компонентов. Изоляционные свойства стабильны в различных температурных, влажностных и частотных условиях, поэтому он обладает стабильной производительностью в различных ситуациях.

Химическая и экологическая стойкость

ABS устойчив к воздействию воды, неорганических солей, щелочей и широкого спектра кислот и подходит для использования в промышленных и бытовых целях. Однако он не разрушается при контакте с кетонами, альдегидами или хлорированными углеводородами, но может растрескиваться при контакте с уксусной кислотой, растительным маслом и т. д.

При всех своих достоинствах ABS как полимер обладает плохой атмосферостойкостью. Материал становится слабее под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения. Исследования показывают, что после шести месяцев пребывания на открытом воздухе его ударная прочность может упасть почти на 50%, в зависимости от области применения и исходного содержания смолы, что указывает на необходимость использования УФ-стабилизаторов или защитного покрытия при наружном применении. 

Стоимость АБС-пластика и литья под давлением 

Факторы, определяющие стоимость пластика ABS, - это стоимость сырья, стоимость обработки и стоимость любой последующей обработки, которая может потребоваться. Это те затраты, которые, скорее всего, будут понесены в процессе литья ABS под давлением:

Стоимость сырья

Цена смолы ABS зависит от рыночной цены, поставок от производителя, качества и любых дополнительных характеристик, которые могут потребоваться, например, огнестойкость ABS, устойчивость к ультрафиолетовому излучению или более высокие классы прочности ABS. В целом, стоимость стандартной смолы ABS выглядит следующим образом:

• $1.50 - $3.50 за кг для стандартных гранул ABS.
• $3.00 - $5.00 за кг для специальных сортов ABS, которые включают огнестойкие, УФ-стабилизированные или высокоударные сорта ABS.
• Из всех этих типов ABS дороже полипропилена (PP), но дешевле поликарбоната (PC), а также нейлона (PA).

Затраты на литье под давлением

Ниже перечислены некоторые факторы, влияющие на стоимость литья ABS-пластика под давлением:

 Стоимость плесени

• Простые пресс-формы: $3,000 - $10,000
• Сложные многогнездные формы: $10,000 - $50,000+
• Формы для прототипирования (малосерийное производство): $500 - $5,000

 Стоимость производства одной детали

• Мелкие, простые детали: $0.50 - $2.00 за штуку
• Более крупные или сложные детали: $2.00 - $10.00+ за штуку
• Большой объем производства: Затраты снижаются благодаря таким факторам, как оптовые закупки исходных материалов.

Расходы на обработку

• Почасовая оплата станков: $20 - $100 в час (в зависимости от размера и типа машины).
• Стоимость рабочей силы: Зависит от региона, но стоит от 5 до 50 долларов США в час.
• Энергозатраты: Поскольку ABS необходимо нагревать до температуры 200-250°C, это требует значительных затрат электроэнергии.

Дополнительные расходы 

• Окраска, покрытие и полировка: $0,50 - $5,00 за деталь.
• Отходы и переработка материалов: В зависимости от конкретного случая, это может увеличить стоимость на 5- 10%.
• Кросс-функциональные: В зависимости от масштабов детали и места производства.

Эффективна ли АБС с точки зрения затрат?

Плюсы: Стоимость сырья умеренная, материал легко поддается обработке, а большая часть лома может быть переработана, что делает его подходящим для средних и больших объемов производства.

Конс: Дороже, чем ПП и ПЭ, но дешевле, чем ПК и нейлон. К недостаткам можно также отнести высокую стоимость пресс-форм, особенно если речь идет о мелкосерийном производстве.

В целом, литье под давлением ABS экономично, долговечно и легко обрабатывается, поэтому многие отрасли промышленности предпочитают использовать этот материал для обработки.

Другие пластмассы, используемые для литья под давлением

Помимо ABS-пластика, в литье под давлением обычно используется множество других термопластов. Однако каждый материал отличается по своим свойствам от другого, что делает их пригодными для различных применений. Вот сравнение наиболее распространенных пластмасс для литья под давлением с ABS.

Полипропилен (PP) против ABS 

Преимущества полипропилена

• Отличная химическая стойкость и влагостойкость.
• Бюджетный легкий и недорогой вариант.
• Хорошая ударная прочность, но ниже, чем у ABS.

Ограничения ПП

• Термостойкость и жесткость ниже, чем у ABS.
• Не так прочен, как ABS, в условиях высоких нагрузок.
• Общие области применения: Упаковка, автомобильные детали, медицинские контейнеры и бытовые товары.

Поликарбонат (PC) против ABS 

Преимущества ПК

• Иногда используется для обеспечения повышенной ударопрочности пуленепробиваемых стекол и других видов защитного снаряжения.
• Высокая термостойкость и долговечность.
• Этот материал может быть прозрачным и легко тонироваться или окрашиваться.

Ограничения ПК

• Дороже, чем ABS.
• Склонна к царапинам и нуждается в покрытии для укрепления.
• Общие применения: Автомобильные компоненты, защитные шлемы, линзы для очков и электрические корпуса.

Полиэтилен (PE) против ABS 

Преимущества полиэтилена

• Высокая устойчивость к химическим веществам, воде и коррозии.
• Обладает низкими фрикционными свойствами, подходит для движущихся частей.
• Очень гибкий и легкий.

 Ограничения ПЭ

• Более низкая жесткость и механическая прочность по сравнению с ABS.
• Плохая термостойкость - плавится при низких температурах.
• В пластиковых пакетах, бутылках, трубах и пищевых контейнерах используется пластик.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) против АБС 

Преимущества ПЭТ

• Очень легкий, но при этом обладает отличными барьерными свойствами против влаги и газов.
• Высокая стабильность размеров - хорошо сохраняет форму.
• Хорошая химическая стойкость и возможность вторичной переработки.

Ограничения ПЭТ

• Обладает меньшей ударопрочностью, чем ABS.
• Не так термостойки, как другие инженерные пластики.
• Применение: Бутылки для воды, упаковки для продуктов питания, волокна для одежды и косметические контейнеры.

Полиамид (PA/Nylon) против ABS 

Преимущества нейлона

• Высокая механическая прочность и отличная вязкость.
• Хорошая термостойкость позволяет использовать его в высокотемпературных средах.
• Износостойкие и устойчивые к трению, используются для движущихся частей.

 Ограничения нейлона

• Он впитывает влагу, что влияет на стабильность размеров.
• Дороже, чем ABS.
• Автомобильные детали, шестерни, подшипники, промышленные компоненты, электрические разъемы.

Выбор подходящего типа материала для литья под давлением

Такие факторы, как механическая прочность, химическая стойкость, допустимая температура и стоимость, будут влиять на то, какой пластик выбрать для литья под давлением. ABS - это баланс между прочностью, долговечностью и доступностью, но другие пластики, такие как PP, PC, PE, PET, Nylon и другие, имеют преимущество в некоторых областях применения. Эта информация позволяет производителям принимать оптимальные решения для своих изделий с точки зрения их производительности. 

Заключение

Литье под давлением ABS - это универсальный, эффективный и недорогой способ производства высококачественных пластиковых компонентов. Это идеальный материал для автомобильной промышленности, электроники, производства потребительских товаров и медицинского оборудования благодаря хорошей ударопрочности, гладкой поверхности и хорошей технологичности. Для достижения наилучших результатов при литье ABS производители должны уделять особое внимание контролю температуры, равномерной толщине стенок, оптимальному давлению впрыска и достаточно продуманным формам. Поглощение влаги в смолах ABS также требует предварительной обработки, поскольку это может привести к образованию пузырьков и других дефектов, а также к ухудшению механических свойств. Методы последующей обработки, такие как нанесение лакокрасочных покрытий и финишная обработка поверхности, могут привести к повышению долговечности и улучшению внешнего вида деталей из ABS.

ABS по-прежнему является лидером в производстве пластика литьё под давлениемНо полипропилен, поликарбонат, полиэтилен, полиэтилентерефталат и нейлон являются другими лучшими вариантами в зависимости от потребностей применения. Поликарбонат обладает большей ударопрочностью, чем нейлон, а полипропилен более химически устойчив. Механические свойства, стоимость, экологические проблемы и предполагаемое использование определяют правильный выбор материала. В целом, литье ABS-пластика остается главной силой в современном производстве, поскольку идеальное сочетание характеристик, цены и производства делает его идеальным. ABS - надежный и широко используемый термопласт для литья под давлением, независимо от того, для каких целей он применяется - автомобильных, бытовых или промышленных.

Часто задаваемые вопросы о литье под давлением ABS

1. Можно ли использовать ABS-пластик для наружного применения?

Этот тип синхронного бесщеточного двигателя постоянного тока с минимальным напряжением плохо переносит ультрафиолетовое излучение и может стать хрупким и обесцветиться под воздействием солнечных лучей. Несмотря на это, УФ-стабилизаторы или покрытия могут повысить его долговечность при использовании на открытом воздухе.

2. Какие преимущества имеет литье под давлением ABS? 

АБС термостоек, чрезвычайно прочен, но легок, обладает высокой ударной вязкостью, хорошо поддается обработке и легко обрабатывается как гладкая поверхность. Кроме того, он по-прежнему легкий, но прочный.

3. Устойчив ли пластик ABS к химическим веществам?

Вода, кислоты, щелочи, а иногда и органические растворители, такие как ацетон, воздействуют на ABS. Это может повысить класс способности ABS противостоять химическим веществам.